Технические науки/1. Металлургия

Д.т.н. Жигуц Ю.Ю., к.е.н. Ерфан Є.А., магістр Мікловш О.Я.

ДВНЗ «Ужгородський національний університет», Україна

ПРО Особливості ТЕРМІТНОГО ЗВАРЮВАННЯ ЖАРОТРИВКИХ І ЖАРОМІЦНИХ СТАЛЕЙ

Вступ. Термітне зварювання – спосіб зварювання, при якому для нагрівання металу використовується терміт, що складається з порошкоподібної суміші металевого алюмінію або магнію і залізної окалини. При використанні терміта на основі алюмінію з'єднувані деталі заформовують вогнетривким матеріалом, підігрівають, місце зварювання заливають розплавленим термітним сплавом, який попередньо отримують в результаті горіння термітної суміші. Рідкий розплав сплавляється з основним металом і створює міцне
з'єднання [1–2]. Зварювання термітом на основі алюмінію застосовується для з'єднання сталевих, чавунних деталей і деяких кольорових сплавів при стикування рейок, труб, заварювання тріщин, наплавлення поверхонь при ремонті, а також для з’єднань дротів і кабелів.

Методика термітного зварювання. При нагріванні термітної суміші до 1150-1200 °С за допомогою спеціальних запальних сумішей або термітних сірників терміт запалюється. Реакція за декілька секунд поширюється на весь об'єм суміші. 3 1 кг терміту утворюється ~ 550 г заліза та 450 г окису алюмінію і виділяється близько 3000 кДж тепла. Температура реакції досягає 3000 ^оС.

Для металотермічного зварювання оплавленням на торці зварюваних виробів встановлюють вогнетривку форму. Між торцями залишають щілину, величина якої залежить від розміру перерізу зварюваних виробів. Потім з плавильного тигля крізь отвір у днищі щілину заповнюють розплавленими продуктами реакції. Термітний шлак, маючи меншу питому вагу, збирається у верхній частині форми, а розплавлене термітне залізо заповнює щілину i нижню частину форми. Оскільки залізо дуже перегріте, то воно оплавляє поверхню торців зварюваних виробів i після застигання утворює з ними одне ціле.

На підготовчому етапі проводили розрахунок металотерміної суміші за стехіометричними коефіцієнтами взаємодії основних інгредієнтів реакції. У подальшому встановлювали вплив легуючих домішок на властивості термітних легованих сталей [3] та досліджували властивості синтезованої сталі [4]. Третій етап дослідної роботи полягав у здійсненні металотермічного зварювання і дослідженні властивостей отриманих швів.

Особливості зварювання термітних жаротривких і жароміцних сталей. Найкращими властивостями для термітного зварювання володіють жаротривкі сталі аустенітного класу. До цього класу належать і хромонікелеві сталі [1–3]. Особливістю зварного сплаву є те, що гартовані структури утворюються одразу у матричному сплаві після твердіння, а це призводить до необхідності проведення додаткової термічної обробки до початку процесу зварювання. За рахунок значного градієнта температур у зварному шві утворюється гартована на твердий розчин структура. Після зварювання можливе виникнення характерних дефектів зварювання: зварювальні тріщини в основному сплаві, напрямлені вздовж шва і поперечні – у зоні термічного впливу. Для зменшення імовірності їх утворення проводять дворазове старіння з метою додаткового зміцнення сплаву. Старіння виконується при температурах 750–800 ⁰С. Поверхні для зварювання обов'язково механічно обробляють і хімічно травлять. Очищення сталей перед зварюванням здійснюють шляхом знежирення дихлоретаном.

Контроль якості зварних з’єднань. Оскільки в даний час немає повної інформації з працездатності зварених алюмінотермічною технологією стиків заготовок і статистики розвитку внутрішніх дефектів, то всі стики після зварювання згідно ТУ 091-127-01124323-2005 повинні бути укладені в спеціальні запобіжні накладки. Контроль якості алюмінотермічних зварних стиків виконується після чистового шліфування і складається з візуально-вимірювального контролю, при якому виявляються зовнішні дефекти, а також можливі відхилення в геометрії термітного шва, і подальшого ультразвукового контролю для визначення внутрішніх дефектів. Також виконують періодичні випробування зварених зразків на міцність і пластичність при статичному згині та вимірювання твердості металу в зоні стику. Порядок цих випробувань, нормативні значення міцності і пластичності, а також вимоги до зразків викладені у ТУ 091-127-01124323-2005 «Зварювання рейок алюмінотермічним методом проміжного лиття».

Висновки. 1. Встановлено склади металотермічних сумішей для проведення термітного зварювання. 2. Досліджено можливості застосування термітного сплаву для зварювання легованих сталей, а також проведено аналіз властивостей отриманих зварних швів та впливу умов термітного зварювання на якість шва.

Література:

1. Жигуц, Ю. Ю. Сплави, синтезовані металотермією і СВС-процесами [Текст] / Ю. Ю. Жигуц. — Ужгород : Ґражда, 2008. — 276 с.

2. Жигуц, Ю. Ресурсозберігаюча технологія термітного зварювання сталевих деталей [Текст] / Ю. Жигуц, В. Лазар // Вісник ТДТУ. — 2009. — Т. 14, № 4. — С. 94 - 98.

3. Жигуц Ю. Ю. Вплив легування нікелем та хромом на структуру і властивості термітних сталей / Ю. Ю.Жигуц, Д. Ф. Чернега, В. В. Ковач // Збірник матеріалів XII Всеукраїнської науково-практичної конференції «Спеціальна маталургія: вчора, сьогодні, завтра», Київ, 15 квітня 2014 р. / [редкол.: В. С. Богушевський та ін.]. — К. : НТУУ «КПІ», 2014. — С. 406 - 414 с. — Режим доступу до збірн. : http://www.fhotm.kpi.ua/labours/labours-2014.pdf.

4. Жигуц Ю. Ю. Технологія синтезу термітних жароміцних сталей з карбідним зміцненням // Ю. Ю. Жигуц, Д. Ф. Чернега, В. В. Широков,
В. Ю. Талабірчук // Вісник національного університету „Львівська політехніка”. Серія : Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні. — 2013. — № 772. — С. 21 - 26.